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在什么情况下应该使用膨胀节

2020-05-29 15:41      点击:
    在固定管板换热器中,壳体与换热管之间是刚性连接,操作状态下,由于管壁与壳壁温差将引起温差应力,温差应力可能会引起换热管拉脱或管束失稳,因此,当热膨胀变形差很大时,必须设置膨胀差补偿元件---膨胀节。
    是否设置膨胀节,需要针对换热器具体的设计参数,通过计算,求得的应力水平加以权衡,再予判定。历史上一些资料中,受计算手段的限制,通过简单粗略的计算求得圆筒或换热管的轴向应力是否超过某一规定值来判断是否设置膨胀节,这是不合理的,他们假定管板是绝对刚性的,管束中的每根换热管都处在同样的拉、压状态,这与管板与管束的实际受力情况相差甚远。
    另外,有些设计人员甚至更粗略的通过管、壳程的操作温差、或是设计温度差是否超过某一规定值(如大于50℃),来判断是否需要设置膨胀节,这也是不正确的,因为操作温度差和设计温度差并不等同于金属温度差,更不能代替换热管和壳程圆筒之间的热膨胀差。特别是在两种材料不同时(如换热管为不锈钢,壳程圆筒为碳钢时),因两者的线膨胀系数相差很大,在极端情况下可能会出现:管壳程之间的金属温度差很大,然而热膨胀差为零;管壳程之间的金属温度差很小或为零,而其热膨胀差很大。
    因此,在管板的计算中按有温差的各种工况计算出壳体轴向应力σc、换热管的轴向应力σt、换热管与管板之间的拉脱力q中,有一个不能满足强度(或稳定)条件时,就需要设置膨胀节。在固定管板式换热器中设置膨胀节,壳体的轴向刚度大大降低,从而大大降低管板周边的横剪力和弯矩,达到极大地缓和管板应力的目的。即可使较小的管板厚度满足设计要求。此法对降低管板与管子间的拉脱力也极为有效。因此在管壳热膨胀差大的情况下,设置膨胀节是十分必要和经济的。在管板强度校核计算中,当管板厚度确定之后,不设膨胀节时,有时管板强度不够,设膨胀节后,管板厚度可能就满足要求,这时,可设膨胀节以减薄管板,但要从材料消耗、制造难易、安全及经济效果等综合评估而定。

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